制备改性间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的方法技术

本发明专利技术涉及制备改性间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的方法。本发明专利技术的改性方法可分为两种，改性方法之一是以溶液均相反应改性间规聚苯乙烯树脂，并以此改性间规聚苯乙烯树脂为基础制备改性间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料；改性方法之二是先将间规聚苯乙烯树脂制备成纳米多孔结构材料，再在固体状态对其表面进行化学修饰。本发明专利技术提供的两种方法具有相同的构思，但又具有不同的特点，它们都可以满足不同的实际需求。本发明专利技术通过化学改性在间规聚苯乙烯树脂分子链的侧基苯环上引入了芳香族基团，从而有效增加了分子链内旋转位阻，使改性间规聚苯乙烯树脂的玻璃化转变温度得到了提高，而且基本维持间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的孔含量不变。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。本专利技术的改性方法可分为两种，改性方法之一是以溶液均相反应改性间规聚苯乙烯树脂，并以此改性间规聚苯乙烯树脂为基础制备改性间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料；改性方法之二是先将间规聚苯乙烯树脂制备成纳米多孔结构材料，再在固体状态对其表面进行化学修饰。本专利技术提供的两种方法具有相同的构思，但又具有不同的特点，它们都可以满足不同的实际需求。本专利技术通过化学改性在间规聚苯乙烯树脂分子链的侧基苯环上引入了芳香族基团，从而有效增加了分子链内旋转位阻，使改性间规聚苯乙烯树脂的玻璃化转变温度得到了提高，而且基本维持间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的孔含量不变。【专利说明】
本专利技术涉及提高间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的热稳定性且又能保持其孔含量基本不受损失的改性方法。
技术介绍
间规聚苯乙烯(sPS)树脂可以加工制备成纳米多孔结构材料。间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的多孔结构是通过溶剂诱导sPS结晶在其晶格中形成，孔洞由sPS晶区中具有螺旋构象(s (1/2))分子链规整排列所形成，每个孔洞由8个侧基苯环包围而成，晶格中苯环与孔洞摩尔比值为4/1，孔洞含量与结晶度成正比例关系。所形成的孔洞在形状、尺寸方面完全一致。孔洞尺寸为在垂直于螺旋链轴方向约为lnm，而沿螺旋链方向的尺寸约为0.35nm。该尺寸的纳米孔洞能吸附分子体积小于125nm3卤代烷烃、芳烃类有机小分子，而对于醇类、水分子等极性分子则没有吸附作用。因而在分子分离提纯以及作为吸附材料使用方面，间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料有着潜在的应用前景。然而，间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的这种孔洞结构的热稳定性极差，当环境温度高于70°C时孔洞结构开始坍塌，从而限制了间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的实际推广应用。基于实际应用需求有必要对间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料进行改性以提高其耐热温度。目前改性的主要思路来自于其热诱导相转变特点，即相转变(孔结构坍塌)发生在玻璃化转变温度附近，当玻璃化转变温度升高时其热稳定性能相应得到提高。改性的方法主要以化学改性为主，其中目前见报道的是意大利Napoli，M.等以二乙烯基苯作为交联剂通过化学交联的改性方法。该方法能较大程度提高其玻璃化转变温度，然而带来的新问题是材料结晶度随交联度增加急剧下降。当交联度达到8%时其结晶度为O (即不能得到多孔结构)；而低交联度时，热稳定性提升不明显但结晶度下降幅度较大(例如交联度为1.7%时，结晶度为未交联时的80%，而耐热性仅提高3V)。针对上述问题，本专利技术提出通过在sPS分子链侧基苯环上引入新的大体积芳香族基团，以改善间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料热稳定性的方法。本专利技术的方法特点在于通过引入新的大体积侧基能有效增加分子链内旋转位阻，从而使间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的玻璃化转变温度提高，热稳定性得到改善；另一方面又不使其丧失溶剂诱导结晶形成多孔结构所必须的适当的分子链活动性(较化学交联方法而言)。由此带来的好处是既能有效改善间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的热稳定性，又能不降低其结晶度，基本保持其相应的孔含量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供既能提高间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的热稳定性又能保持其孔含量基本不受损失的改性方法。本专利技术的改性方法可分为两种，改性方法之一是以溶液均相反应改性间规聚苯乙烯树脂，并以此改性间规聚苯乙烯树脂为基础制备改性间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料；改性方法之二是先将间规聚苯乙烯树脂制备成纳米多孔结构材料，再在固体状态对其表面进行化学修饰。本专利技术提供的两种方法具有相同的构思，但又具有不同的特点，它们都可以满足不同的实际需求。改性方法之一是以改性间规聚苯乙烯树脂为基础，可以加工成不同形态材料(如薄膜，纤维等)，所制备的材料内部改性均一，但需严格控制反应物比例以控制引入的芳香族基团与间规聚苯乙烯树脂侧基苯环上的苯基的摩尔比不超过50%。改性方法之二的化学改性处理条件简单，且能充分保证孔含量不受损失，但内部反应不均一，仅适用于厚度为1~ιοο微米的薄膜或粒径为1~ιοο微米的粉末的间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料。本专利技术的一为:先通过溶液均相反应在间规聚苯乙烯树脂分子链的侧基苯环上引入是苯基的摩尔含量为1%~50%的芳香族基团，再以此改性间规聚苯乙烯树脂为基础加工制备改性间规聚苯乙烯基纳米多孔结构材料。其包括以下步骤: (I)将间规聚苯乙烯树脂在真空压膜机上于29(T300°C熔融(一般熔融的时间为5^10分钟)，再加压(一般加压的压力为20MPa)进行热压后，于熔融状态迅速将热压制品萃冷于冰水浴中得到薄膜，取出，干燥(可在室温下进行真空干燥)所得薄膜，制备得到非晶态间规聚苯乙烯薄膜；(2)将步骤(1)制备得到的非晶态间规聚苯乙烯薄膜溶解于氯代烷烃溶剂中，加入酰化试剂及催化剂进行反应得到反应液；其中:酰化试剂:非晶态间规聚苯乙烯中的苯基含量的摩尔比值为2%~60% ;催化剂:酰化试剂的摩尔比值为2~3 ；(3)将步骤(2)得到的反应液倒入甲醇溶剂中，过滤提取沉淀物，洗涤沉淀物(优选用甲醇溶剂洗涤)，干燥(可在室温下进行真空干燥)洗涤后得到的沉淀物至恒重，得到在间规聚苯乙烯树脂分子链的侧基苯环上引入了是苯基的摩尔含量为1%~50%的芳香族基团的粉末状改性间规聚苯乙烯树脂；(4)将步骤(3)得到的改性间规聚苯乙烯树脂置于甲苯溶剂中，于室温放置(一般放置的时间为5~10小时)，过滤提取沉淀物，并用索式提取器以丙酮为萃取剂萃取沉淀物(一般萃取的时间为8~10小时)以除去甲苯溶剂，干燥(可在室温下进行真空干燥)萃取后的沉淀物至恒重，得到改性间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料。本专利技术的二为:先将间规聚苯乙烯树脂制备成纳米多孔结构材料，再在固体状态对其表面进行化学修饰。其包括以下步骤:(a)制备厚度为f 100微米的非晶态间规聚苯乙烯薄膜或粒径为f 100微米的非晶态间规聚苯乙烯颗粒:将间规聚苯乙烯树脂在真空压膜机上于29(T300°C熔融(一般熔融的时间为5~15分钟)，再加压(一般加压的压力为IOMPalOOMPa)进行热压后，于熔融状态迅速将热压样品萃冷于冰水浴中得到薄膜，取出，干燥(可在室温下进行真空干燥)所得薄膜，制得厚度为广100微米的非晶态间规聚苯乙烯薄膜；或将间规聚苯乙烯树脂在真空压膜机上于29(T300°C熔融(一般熔融的时间为5~15分钟)，然后于熔融状态迅速萃冷于冰水浴中，取出凝固物，干燥(可在室温下进行真空干燥)，得到非晶态间规聚苯乙烯块状物，再将得到的非晶态间规聚苯乙烯块状物研磨成粒径为f 100微米的粉末；(b)将步骤(a)得到的非晶态间规聚苯乙烯薄膜或非晶态间规聚苯乙烯粉末置于甲苯溶剂中，于室温放置(一般放置的时间为5~10小时)，过滤提取沉淀物，并用索式提取器以丙酮为萃取剂萃取沉淀物(一般萃取的时间为8~10小时)以除去甲苯溶剂，干燥(可在室温下进行真空干燥)萃取后的沉淀物至恒重，得到间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料；(c)将步骤(b)得到的间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料加入到硝基苯介质中，加入酰化试剂及催化剂；在反应温度为2(T70°C (优选反应温度为5(T65°C)下进行反应得到反应液；其中:酰化试剂:间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料中的苯基含量的摩尔比值为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备改性间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料的方法，其特征是：该方法包括以下步骤：（1）将间规聚苯乙烯树脂在真空压膜机上于290~300℃熔融，再加压进行热压后，于熔融状态将热压制品萃冷于冰水浴中得到薄膜，取出，干燥所得薄膜，制备得到非晶态间规聚苯乙烯薄膜；（2）将步骤（1）制备得到的非晶态间规聚苯乙烯薄膜溶解于氯代烷烃溶剂中，加入酰化试剂及催化剂进行反应得到反应液；其中：酰化试剂：非晶态间规聚苯乙烯中的苯基含量的摩尔比值为2%~60%；催化剂：酰化试剂的摩尔比值为2~3；（3）将步骤（2）得到的反应液倒入甲醇溶剂中，过滤提取沉淀物，洗涤沉淀物，干燥洗涤后得到的沉淀物至恒重，得到在间规聚苯乙烯树脂分子链的侧基苯环上引入了是苯基的摩尔含量为1%~50%的芳香族基团的粉末状改性间规聚苯乙烯树脂；（4）将步骤（3）得到的改性间规聚苯乙烯树脂置于甲苯溶剂中，于室温放置，过滤提取沉淀物，并用索式提取器以丙酮为萃取剂萃取沉淀物以除去甲苯溶剂，干燥萃取后的沉淀物至恒重，得到改性间规聚苯乙烯纳米多孔结构材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马永梅，魏毅，柯毓才，曹新宇，王佛松，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：